(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略板状の半導体チップと、その厚さ方向の一端面側に配された電極部と、該電極部と電気的に接続されると共に前記厚さ方向に立設する金属製のポストと、該ポストに接して前記ポストの周囲に形成された平面視略環状の応力緩和層と、前記ポストの先端部を前記一端面側から外方に露出させた状態で、前記半導体チップの前記一端面側に積層されると共に前記応力緩和層の周囲を覆う樹脂モールド部とを備え、
前記応力緩和層が前記樹脂モールド部よりも軟質な感光性樹脂からなる半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ポストを立設するポスト形成工程と、
前記半導体チップの一端面側に前記感光性樹脂を塗布し、該感光性樹脂を露光現像して前記ポスト周囲のみに前記応力緩和層を形成する緩和層形成工程と、
前記半導体チップの一端面側に前記樹脂モールド部を形成して、前記応力緩和層の周囲を埋める絶縁層形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チップサイズパッケージ（Chip Size Package）等の表面実装型の半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の半導体装置には、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと呼ぶ。）等のように半導体チップとほぼ同等の寸法で形成することができる表面実装型のものがある。この種の半導体装置は、半導体チップの表面に配線パッケージ部を積層して構成されている。配線パッケージ部には、半導体チップの表面に形成された電極パッドと電気接続されて積層方向に立設するポストが形成されている。
従来の半導体装置においては、ポストがヤング率の異なる金属を積層して構成されている（例えば、特許文献１，２参照）。以上のように構成することで、ポストの基端部と半導体チップの電極パッドとの接合部に発生する応力を緩和することを図っている。
【特許文献１】特開２００２―１１８１９９号公報
【特許文献２】特開２００５―２０９８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、ヤング率の異なる金属を積層してポストを形成しているため、半導体チップの厚さ方向に関する応力緩和はできるが、上記厚さ方向に直交する方向に関する応力緩和をすることができない。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、半導体チップの厚さ方向に直交する方向に関してポストにかかる応力を緩和することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、略板状の半導体チップと、その厚さ方向の一端面側に配された電極部と、該電極部と電気的に接続されると共に前記厚さ方向に立設する金属製のポストと、該ポストに接して前記ポストの周囲に形成された平面視略環状の応力緩和層と、前記ポストの先端部を前記一端面側から外方に露出させた状態で、前記半導体チップの前記一端面側に積層されると共に前記応力緩和層の周囲を覆う樹脂モールド部とを備え、前記応力緩和層が前記樹脂モールド部よりも軟質な感光性樹脂からなる半導体装置を製造する製造方法であって、前記ポストを立設するポスト形成工程と、前記半導体チップの一端面側に前記感光性樹脂を塗布し、該感光性樹脂を露光現像して前記ポスト周囲のみに前記応力緩和層を形成する緩和層形成工程と、前記半導体チップの一端面側に前記樹脂モールド部を形成して、前記応力緩和層の周囲を埋める絶縁層形成工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提案している。
【０００５】
上記製造方法によって製造される半導体装置を回路基板に搭載する場合には、例えば、絶縁層から露出するポストの先端面に半田ボールを装着し、絶縁層を回路基板の表面に対向させた状態で、リフローにより上記半田ボールを回路基板の接続パッドに接合する。
そして、上記半導体装置によれば、上記リフロー等によって絶縁層や半導体チップ、回路基板が加熱冷却されることで、これら絶縁層や半導体チップ、回路基板の熱膨張係数の差に基づいて、絶縁層及び半導体チップの積層方向に直交する方向の応力がポストに発生しても、ポストと絶縁層との間に絶縁層よりも軟質な（低ヤング率の）応力緩和層が形成されているため、この応力緩和層において上記応力を緩和することができる。
【０００９】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、緩和層形成工程において、感光性樹脂を塗布して露光現像を行うことで、ポスト周囲にのみ応力緩和層を簡便に形成することができる。そして、この工程の後に絶縁層を形成することで、ポストと絶縁層との間に容易に応力緩和層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポストと絶縁層との間に応力緩和層を形成しておくことにより、半導体装置の加熱冷却に基づいてポストにかかる応力を緩和することができるため、ポストや、これに接続される半導体チップの電極部、半導体装置と回路基板との接合部等にクラック等が発生して、電気的な導通不良が発生することを防止できる。
【００１１】
また、本発明によれば、感光性樹脂を使用することでポストと絶縁層との間に容易に応力緩和層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１から図３はこの発明に係る一実施形態を示しており、この実施の形態に係る半導体装置は、集積回路を形成した半導体チップの主面からはみ出さない位置に、実装基板の外部回路に接続する電極を設けたウエハレベルＣＳＰ（以下、ＷＬＣＳＰと呼ぶ）の一種を対象としたものである。図１に示すように、この半導体装置１は、略板状の半導体チップ３と、半導体チップ３の一端面３ａに重ねて配される配線パッケージ部５と、配線パッケージ部５の一端面５ａから突出する複数の半田ボール７とを備えている。各半田ボール７は半田を略球体状に形成してなるものである。
半導体チップ３の一端面３ａにはパッド電極９が形成されており、このパッド電極９は半導体チップ３の内部に形成されたトランジスタ等の各種素子からなる電気回路と電気的に接続されている。
【００１４】
配線パッケージ部５は、上記パッド電極９と半田ボール７とを個々に電気的に接続する配線部１１と、半導体チップ３の一端面３ａを覆うと共に配線部１１を封止する絶縁部１３とを備えている。
絶縁部１３は、半導体チップ３の一端面３ａにパッシベーション膜１５、保護膜１７及び樹脂モールド部（絶縁層）１９を順次重ねたものであり、これらパッシベーション膜１５、保護膜１７及び樹脂モールド部１９は各々電気的な絶縁材料から形成されている。
パッシベーション膜１５は、半導体チップ３の一端面３ａから二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の薄膜と窒化シリコン（ＳｉＮ）の薄膜とを順次重ねて形成したものであり、配線部１１と電気的に接続するためのパッド電極９を避けて半導体チップ３の一端面３ａを覆うように形成されている。
【００１５】
保護膜１７は、ポリイミド（ＰＩ）から形成されており、パッシベーション膜１５の表面１５ａ、及び、パッド電極９の周囲に位置するパッシベーション膜１５の側壁面を覆うように形成されている。
樹脂モールド部１９は、保護膜１７の表面１７ａを覆うと共に配線部１１を封止するように形成されている。この樹脂モールド部１９は、配線部１１よりも硬度の低い樹脂材料から形成されている。
【００１６】
配線部１１は、パッド電極９と保護膜１７とにより画定された凹部２１を埋めると共に、保護膜１７と樹脂モールド部１９との間で凹部２１の開口部から後述する半田ボール７と配線パッケージ部５の厚さ方向に重なる位置まで延びて形成され、さらに、半田ボール７に向けて前記厚さ方向に延びている。この配線部１１は、保護膜１７の表面１７ａに形成されたアンダーバリアメタル２３（以下、ＵＢＭ２３と呼ぶ）と、ＵＢＭ２３に重ねて配された配線層２５と、配線層２５の表面２５ａから半田ボール７に向けて延びる略円柱状のポスト２７とから構成されている。
ＵＢＭ２３は、チタン（Ｔｉ）若しくはクロム（Ｃｒ）から形成されており、配線層２５は、銅（Ｃｕ）から形成されている。なお、ＵＢＭ２３は、配線層２５の厚さよりも充分に薄く形成されている。
【００１７】
ポスト２７は、銅から形成されており、その上端面２７ａが樹脂モールド部１９の表面１９ａと共に略同一平面を形成している。なお、樹脂モールド部１９の表面１９ａは、配線パッケージ部５の一端面５ａを構成している。また、半導体チップ３のパッド電極９及び配線パッケージ部５のＵＢＭ２３及び配線層２５により、半導体チップ３とポスト２７とを電気的に接続する電極部２９が構成されている。
また、このポスト２７の周囲と樹脂モールド部１９との間には、平面視略環状の応力緩和層３１が形成されている。この応力緩和層３１は、樹脂モールド部１９よりも軟質な感光性ポリイミドにより形成されている。すなわち、応力緩和層３１を形成する感光性ポリイミドは、樹脂モールド部１９を構成する材料よりも低いヤング率となっている。
【００１８】
以上のように構成された半導体装置１の製造方法について説明する。
図２に示すように、はじめに、パッド電極９を避けて半導体チップ３の一端面３ａにパッシベーション膜１５を形成し、パッシベーション膜１５の表面１５ａ及び側壁面に保護膜１７を形成する。次いで、保護膜１７の表面１７ａ及び側壁面並びにパッド電極９の表面に薄膜状のＵＢＭ２３を形成して、ＵＢＭ２３の表面２３ａに配線層２５を形成する。
【００１９】
その後、配線層２５の表面２５ａから突出するポスト２７を形成する（ポスト形成工程）。この工程においては、はじめに、ポスト２７を形成する部分を除く配線層２５及び保護膜１７の表面２５ａ，１７ａに第１のレジスト層４１を形成する。この状態においては、配線層２５の表面２５ａの一部のみが露出することになる。その後、第１のレジスト層４１が形成されていない部分、すなわち、配線層２５が露出している部分を銅で埋めてポスト２７を形成する。このポスト２７の形成終了後には、上記第１のレジスト層４１を除去する。
【００２０】
このポスト形成工程の終了後には、ポスト２７の周囲のみに応力緩和層３１を形成する（緩和層形成工程）。この工程においては、はじめに、配線層２５及び保護膜１７の表面２５ａ，１７ａに感光性ポリイミド（感光性樹脂）４３を塗布し、応力緩和層３１の形成部分を除く感光性ポリイミド４３の表面４３ａに第２のレジスト層４５を形成する。次いで、この第２のレジスト層４５が形成されていない部分、すなわち、感光性ポリイミド４３が露出している部分の露光現像を行う。その後、第２のレジスト層４５及び感光されていない部分の感光性ポリイミド４３を除去することで、ポスト２７の周囲のみに応力緩和層３１が形成されることになる。
【００２１】
最後に、保護膜１７及び配線層２５の表面１７ａ，２５ａを覆うと共に、ポスト２７の上端面２７ａが外方に露出するように配線部１１、ポスト２７及び応力緩和層３１を樹脂材料により封止して樹脂モールド部１９を形成し（絶縁層形成工程）、ポスト２７の上端面２７ａに半田ボール７を取り付けることにより半導体装置１の製造が終了する。
【００２２】
図３に示すように、この半導体装置１を回路基板５１に搭載する際には、樹脂モールド部１９の表面１９ａを回路基板５１の表面５１ａに対向させた状態で、回路基板５１の表面５１ａに形成された接続パッド５３に半田ボール７を当接させて、リフローにより半田ボール７を接続パッド５３に接合させればよい。
【００２３】
上記のリフローの際や、半導体装置１の動作に伴う発熱、半導体装置１及び回路基板５１の周囲の温度変化等が起こる場合には半導体装置１が加熱冷却されるため、半導体チップ３、樹脂モールド部１９及び回路基板５１の熱膨張係数の差に基づいて、これら半導体チップ３、樹脂モールド部１９及び回路基板５１の膨張収縮の大きさが相互に異なる。具体的には、半導体チップ３の厚さ方向に直交する方向（ＡＢ方向）に関する樹脂モールド部１９及び回路基板５１の伸縮量が相互に異なる。この伸縮量の差に基づいてＡＢ方向に関する応力がポスト２７に発生することになる。
【００２４】
上記の半導体装置１によれば、上記応力がポスト２７に発生しても、ポスト２７と樹脂モールド部１９との間に樹脂モールド部１９よりも軟質な応力緩和層３１が形成されているため、この応力緩和層３１において上記応力を緩和することができる。したがって、ポスト２７や、ポスト２７とこれに接続される半導体チップ３の電極部２９との接合部分、半導体装置１と回路基板５１との接合部分等にクラック等が発生して、電気的な導通不良が発生することを防止できる。
また、上記半導体装置１及びその製造方法によれば、感光性ポリイミド４３を用いて応力緩和層３１を形成することで、ポスト２７と樹脂モールド部１９との間に応力緩和層３１を容易に形成することができる。
【００２５】
なお、上記の実施の形態において、応力緩和層３１は、感光性ポリイミドにより形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも樹脂モールド部１９よりも軟質な材料、すなわち、樹脂モールド部１９よりも低いヤング率を有する材料により形成されていればよい。したがって、応力緩和層３１は、感光性を有する別の樹脂材料により形成されるとしてもよいし、感光性を有さない樹脂材料により形成されるとしても構わない。
すなわち、ポスト２７の周囲と樹脂モールド部１９との間には、例えば、図４に示すように、感光性を有さないポリイミド（ＰＩ）からなる応力緩和層６３が形成されるとしても構わない。
【００２６】
この応力緩和層６３を有する半導体装置６１を製造する際には、はじめに、上記実施形態と同様にして、半導体チップ３の一端面３ａ側に、パッシベーション膜１５、保護膜１７、ＵＢＭ２３、配線層２５及びポスト２７を順次形成する。その後、配線層２５及び保護膜１７の表面２５ａ，１７ａにポリイミド樹脂６５を塗布し、応力緩和層６３の形成部分に位置するポリイミド樹脂６５の表面６５ａにレジスト層６７を形成する。
そして、ヒドラジン等を用いてドライエッチングを行い、レジスト層６７が形成されていない部分のポリイミド樹脂６５を除去する。これにより、ポスト２７の周囲に応力緩和層６３が形成されることになる。なお、上記ドライエッチングの終了後には、レジスト層６７を除去する。最後に、上記実施形態と同様に、樹脂モールド部１９を形成すると共にポスト２７に半田ボール７を取り付けることにより、半導体装置６１の製造が終了する。
なお、上記製造方法で製造する場合に、応力緩和層６３はポリイミド樹脂により形成されることに限らず、別の樹脂材料により形成されるとしても構わない。
【００２７】
また、上述の応力緩和層は、樹脂材料によって形成することに限らず、金属材料によって形成されるとしても構わない。すなわち、ポスト２７の周囲と樹脂モールド部１９との間には、例えば、図５に示すように、パラジウム（Ｐｄ）からなる応力緩和層７３が形成されるとしても構わない。
この応力緩和層７３を有する半導体装置７１を製造する際にも、はじめに、上記実施形態と同様にして、半導体チップ３の一端面３ａ側に、パッシベーション膜１５、保護膜１７、ＵＢＭ２３、配線層２５及びポスト２７を順次形成する。
【００２８】
次いで、配線層２５の表面２５ａにレジスト層７５を形成し、ポスト２７の周囲にパラジウムによりめっきを施す。この際には、ポスト２７の周囲だけではなく、ポスト２７の表面２７ａにもパラジウムからなる金属めっき７７が形成されることになる。この金属めっき７７の形成後には、レジスト層７５を除去し、上記実施形態と同様の樹脂モールド部１９を形成する。
その後、樹脂モールド部１９の表面１９ａを研磨することで、ポスト２７の表面２７ａに形成された金属めっき７７が削り落とされて、ポスト２７周囲の応力緩和層７３のみが残存することになる。最後に、ポスト２７の表面２７ａに半田ボール７を取り付けることにより、半導体装置７１の製造が終了する。
この半導体装置７１では、ポスト２７にめっきを施すことで、応力緩和層７３を容易に形成することができる。
【００２９】
また、半田ボール７は、球体状に形成してなるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも樹脂モールド部１９の表面１９ａから突出する電極部を備えていればよい。すなわち、例えば、ポスト２７の上端面２７ａに、ポスト２７に一体的に形成されて樹脂モールド部１９の表面１９ａから突出する突起部を設けるとしても構わない。なお、この突起部は、例えば、めっき成長やはんだペーストを塗布するスクリーン印刷により形成しても構わない。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置を示す概略側断面図である。
【図２】図１の半導体装置の製造方法を示す模式図である。
【図３】図１の半導体装置を回路基板に搭載した状態を示す概略側断面図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る半導体装置を製造する方法を示す模式図である。
【図５】この発明の一実施形態に係る半導体装置を製造する方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，６１，７１・・・半導体装置、３・・・半導体チップ、３ａ・・・一端面、１９・・・樹脂モールド部、２７・・・ポスト、２９・・・電極部、３１，６３，７３・・・応力緩和層、４３・・・感光性樹脂、７７・・・金属めっき
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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